[其他]激光角速率传感器的读出设备

说明书

本发明涉及环形激光角速率传感器的读出设备。

在J.基利帕特里克（J.Kiupatrick）获得的美国专利3，373，650和T.波德尔斯基（T.Podgorski）获得的美国专利3，390，606中描述了环形激光角速率传感器的例子，上述二专利都被转让给本发明的受让人。这样的传感器包括一对反向传输的激光器，光束沿着具有一些反射镜的光学闭合回路传播。为得到有用的信息，让一小部分反向传输的激光束透过其中一个反射镜。该光束通过一个棱镜，此棱镜以稍稍不同的角度合成光束，因而在一个具有两个光电探测器（例如光敏二极管）的表面上产生干涉条纹图案，每个光电探测器都远小于一个单独的干涉条纹。通常使这二个光电探测器相距四分之一个条纹间隔，以便提供具有90度相位差的读出信号。当环形激光器绕其输入轴转动时，反向传输的光束频率稍有改变，一个光束的频率增加了，另一个光束的频率减小了。光束频率差产生一个拍频，此拍频由通过光电探测器的条纹图案的运动速度显示出来。光电探测器的输出被送入一个逻辑电路，以记录通过光电探测器的条纹数。通过每一个探测器的条纹数都直接与传感器的实际角转动有关。将两个探测器的输出信号相比较，确定出传感器的转动方向。

读出设备的棱镜确定了直接形成干涉条纹图案的光束和条纹间隔之间的角度。在现有技术中，棱镜使两束光之间有一个量级为25弧秒的角度，这样只产生一个条纹。使用两个光敏面都小于一个条纹间隔的光电探测器，而且两个光电探测器的间距近似为一个条纹间隔的四分之一。为精确达到此种安排，必须使产生条纹图案的两束光之间的角度保持严格的公差。

本发明使用两个光电探测器监测一个环形激光角速率传感器的一个干涉图案输出的一些相同条纹的强度。每个光电探测器都包括由一些光敏区和非光敏区形成的一个周期图案。两个探测器的光敏区的周期图案彼此错位周期图案周期的一部分，以便当传感器转动时，产生出彼此异相的光电探测器强度输出信号。本发明的读出设备允许光束之间的角度具有较大的公差，因此大大降低了光学系统的成本。

图1说明用于产生一个干涉条纹图案的环形激光器的读出系统。

图2是本发明的双光电探测器读出设备的图示。

图3是一个周期性掩模图案的例子。

图4是另一个周期性掩模图案的例子。

图1说明在一个环形激光角速率传感器中，由每束激光的一部分之合成所产生的干涉条纹图案的光学系统。图1仅示出其中一个反射表面，此表面是环形激光角速率传感器的光学闭合回路的一部分。传感器台座10就是在美国专利3，390，606（这里引入作为参考）中所描述的那种类型。

反射镜或读出棱镜12固定在台座10上，它包括用于透光的基片110。基片110具有一个适当抛光和光学镀膜的第一主表面111，以提供一个部份透射的反射镜14，用于反射与光束15方向相反入射在此表面上的大部分光束16。同样，反射镜14也以众所周知的方式在与光束16的相反方向上反射大部分光束15，以便在台座10内提供反向传播的激光束。光束15和16之间的角度取决于所选择的光学闭合回路，即三角形（60度），矩形（90度）等等。

基片110还包括一个适当抛光和光学镀膜的第二表面115，此表面提供了一个反射镜面18。选择反射镜18的位置，使其反射光束16透射过反射镜14的那部份光。为了选择在反射镜18处入射和反射光束之间的角度，设计基片111，使表面115与表面111成一个选定的角度。入射光束和反射光束之间的角度在此称作“光束角”。

从反射镜18被反射的光束再次由反射镜14反射，致使此反射光与通过反射镜14透射的一部分光束15成一小角度。这个角度实质上等于前述的“光束角”。光束15通过反射镜14的透射部分以及光束16两次反射的部分到达透射表面116，在此表面上形成干涉条纹图案。

在反射镜18的表面处入射光束和反射光束之间的“光束角”实质上确定了在基片110的表面116上的干涉图案。随此角度增加，表面116上的干涉条纹图案的条纹间隔逐渐减小，在现有技术中，入射光束和反射光束之间的光束角在25弧秒的量级，所以条纹间隔比较大。在本发明中，希望具有这样一个光束角，即，使由反射镜18反射、与光束16反方向射回到台座10的光束减至最小，以避免锁定，而光束角足够大以产生较多的可辨别的干涉条纹。当光束角在1到60弧分数量级时可满足上述标准。20到40弧分这一选择正如下面将要描述的那样，在比光电探测器小的空间中提供了合理数量的干涉条纹。